長八新構型“一箭22星” ， “一箭多星”是怎么回事？

2022年2月27日11時06分，我國在文昌航天發(fā)射場使用長征八號運載火箭，以“1箭22星”方式，成功將泰景三號01衛(wèi)星等共22顆衛(wèi)星發(fā)射升空。

本次任務為不帶助推器的新構型首飛，同時也是一次多用戶共享發(fā)射，共發(fā)射22顆衛(wèi)星，創(chuàng)造了我國一箭多星的最高紀錄。

這次發(fā)射成功引起了廣大網(wǎng)民的關注，尤其是對“一箭22星”的多星發(fā)射技術充滿了好奇——是不是發(fā)射的衛(wèi)星越多，就越能證明航天技術厲害？

一次發(fā)射多顆衛(wèi)星，技術要求確實很高，全世界也只有中國、俄羅斯、美國、印度、日本、歐洲航天局等掌握這個能力。但是，衛(wèi)星多少不是關鍵，最重要的是發(fā)射技術。

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我國很早便開始探索“一箭多星”技術

我國最早的“一箭多星”發(fā)射可追溯到1981年9月20日。當天，風暴一號運載火箭發(fā)射實踐二號、實踐二號甲、實踐二號乙三顆科學實驗衛(wèi)星成功。自此，我國成為世界上第四個掌握“一箭多星”技術的國家。
2015年9月20日，長征六號運載火箭成功將20顆微小衛(wèi)星送入太空，創(chuàng)造了中國單次衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量的最高紀錄。

▲長征六號火箭首飛

“一箭多星”技術，就是用一枚運載火箭同時或先后將數(shù)顆衛(wèi)星送入地球軌道的發(fā)射技術?！耙患嘈恰笔且环N優(yōu)越的發(fā)射方式，它能充分地利用運載火箭的運載能力，降低衛(wèi)星發(fā)射成本。

“一箭多星”技術分為兩大類：一類是將所有載荷發(fā)射到同一條軌道；另一類是分別將不同的衛(wèi)星發(fā)射到各自的軌道。

這兩類發(fā)射對于運載火箭的要求是不同的。第一類發(fā)射任務是在運載火箭的末子級關機后，只需要將所承載的載荷依次釋放出來即可。這其中，需要考慮的主要問題是避免各個載荷釋放后出現(xiàn)碰撞的問題。這個問題其實不難解決，只要在釋放衛(wèi)星時，速度稍有差異，或者釋放的時間稍有不同，各個衛(wèi)星一般來說就會越“飄”越遠，由于釋放時的相對速度并不大，即使碰撞也不會產(chǎn)生大量碎片。

對于將多顆衛(wèi)星發(fā)射到不同軌道的方式，就要求運載火箭在進入初始軌道后，還要具備變軌的能力，這就不是常規(guī)的運載火箭可以做到的了。

▲長征七號火箭首飛

我國已經(jīng)在這個方面做了多次實踐。

例如，2016年6月25日，長征七號火箭首飛成功。在這次發(fā)射中，遠征一號甲上面級隨其飛行，也成功實現(xiàn)了自己的首飛。在與長征七號火箭分離后，遠征一號甲上面級共計將5種6個不同需求的載荷分別“擺渡”到不同的軌道，開展新一代飛船縮比返回艙、多星軌道部署、在軌加注、立方星等新技術在軌演示驗證。

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主載荷必須照顧周全

一般來說，運載火箭每次發(fā)射任務都會有主載荷。主載荷可以是一顆衛(wèi)星，也可以是多顆衛(wèi)星，但一般數(shù)量不會太多。每次運載火箭發(fā)射任務，基本上都是圍繞主載荷進行的，也就是目標軌道、發(fā)射窗口等基本上都是依據(jù)主載荷的要求來確定。搭載載荷只能確認是否可以在這樣的軌道上工作，才能決定是否搭載。

相對于搭載載荷而言，主載荷對發(fā)射的要求一般也更為復雜。在發(fā)射前，一般要求主載荷在發(fā)射塔架上進行很多測試，從發(fā)射塔架到控制中心一般也會保證要有有線或無線的測試通道。

另外，很多情況下，要求運載火箭的整流罩上有非金屬材料制成的透波窗口，使得主載荷的測控信號能夠在運載火箭發(fā)射前和發(fā)射過程中可靠地與地面站進行交換。

▲長征十一號火箭星箭對接

在運載火箭發(fā)射前，科研人員要進行很多靜力學和動力學的分析，以保證載荷能夠承受運載火箭發(fā)射過程中惡劣的力學條件，必要時還會進行星箭聯(lián)合振動試驗來確保不出問題。

對于搭載載荷，就不會“照顧”得這么周到了。很多情況下，搭載載荷和運載火箭之間沒有信號接口，只是在釋放搭載載荷的時候，通過行程開關之類的裝置告訴衛(wèi)星已經(jīng)入軌，并可以啟動工作了。

一般的發(fā)射任務會最先釋放主載荷，在此之前，運載火箭在加速過程中，如果搭載載荷出現(xiàn)脫落或與火箭發(fā)射共振，也會影響到主載荷的安全，所以對搭載載荷的要求也是以不影響主任務安全為前提的

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搭載任務會成為常態(tài)

隨著電子元器件和衛(wèi)星有效載荷技術的快速發(fā)展，衛(wèi)星的功能也越來越強大。重量只有幾公斤到幾十公斤的微納衛(wèi)星、甚至更小的皮衛(wèi)星就可以完成很多過去只有大衛(wèi)星才能完成的任務。

在這類衛(wèi)星中，相當一部分都是利用廉價的商用器件制造而成的，相對而言，其發(fā)射費用就顯得比較昂貴了。因此，這類衛(wèi)星也多傾向于采用搭載方式發(fā)射入軌。一般來說，它們對軌道的類型不是很“挑剔”，對入軌精度的要求也不高。在運載火箭完成釋放主載荷后，利用剩余的運載能力搭載盡可能多的微納衛(wèi)星入軌，成為近年來常見的現(xiàn)象。

在這些衛(wèi)星中，立方星成為了一種非常重要和流行的標準星。它們遵循標準的尺寸規(guī)格和機械、電氣接口。目前，通用的立方星釋放裝置可以做到對主載荷不產(chǎn)生任何不利的影響和干擾。

長征八號新構型首飛，同時創(chuàng)造了我國“一箭多星”的新紀錄，這實在是一件值得驕傲的事！未來，中國航天必將會帶來更多驚喜，我們拭目以待！

(中國航天科技集團、中國航天報)